Енергетика

Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 481

Метод обратного рассеивания широко используется при строительстве и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), т.к. позволяет одновременно и быстро на одном конце измерять несколько параметров оптического волокна (ОВ) с достаточной для большинства измерительных задач точностью. В методе обратного рассеивания регистрируется временное изменение потока рассеянного назад излучения, возникающего при прохождении по нему зондирующего сигнала, вследствие отражения от рассеянных и локальных неоднородностей. Метод позволяет измерять затухание ОВ, распределения локальных неоднородностей по длине ОВ, включая место обрыва, оценивать величину дисперсии ОВ и затухания в соединительных муфтах ВОЛС, что позволяет судить о качестве монтажа оптической линии. Данный метод применяется в работе рефлектометра.

1 – генератор зондирующих импульсов (ГИ);

2 – источник оптического излучения (ЛД);

3 – оптический разветвитель (ОР);

4 – исследуемое волокно (ОВ);

5 – фотоприемное устройство (ФП);

6 – блок управления математической обработки (БУМО);

7 – устройство отображения (УО).

Рисунок 8 – Структурная схема рефлектометра

ГИ (1) вырабатывает импульсы, которые затем преобразуются в ЛД (2) в оптические зондирующие импульсы путем модуляции оптической несущей по интенсивности. Зондирующие импульсы через ОР Y-типа (3), устройство ввода (оптический разъем 4) поступают в исследуемое ОВ (5). Из-за флуктуаций показателя преломления сердцевины вдоль ОВ, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине ОВ, возникает поток обратного рассеивания. Поток обратного рассеивания через ОР поступает на вход чувствительного ФП, где преобразуется в электрический сигнал. Сигнал с выхода ФП после специальной обработки в БУМО подается в канал вертикального отклонения УО, вызывая соответствующие изменения характеристики по вертикальной оси Y. Вертикальная ось градуируется в дБ. Отклонение горизонтальной оси X происходит под действием пилообразного напряжения развертки, которая запускается импульсами ГИ. В результате этого абсцисса характеристики прямо пропорциональна времени задержки сигнала относительно момента посылки зондирующего импульса. Поскольку групповой показатель преломления сердцевины, а значит, и групповая скорость распространения оптического сигнала в ОВ известны, горизонтальная ось X градуируется в единицах длины. Построенная зависимость уровня потока обратного рассеивания от рассеяния (времени) называется характеристикой обратного рассеяния или рефлектограммой.

БУМО согласовывает работу ГИ и УО, синхронизируя запуск генератора развертки импульсами ГИ. БУМО создает возможность наблюдения рефлектограммы полностью или по фрагментам (масштабирование). Также БУМО обеспечивает регистрацию и занесение в память реализаций зависимостей мощности обратного рассеяния от времени и их усреднение. При этом, на УО либо последовательно выводятся регистрируемые реализации характеристики обратного рассеяния (режим «реального времени»), либо, после заданного числа усреднений (времени усреднения), - усредненная рефлектограмма.

БУМО осуществляет управление работой OTDR по заданной программе, обработку данных, а также ряд сервисных функций (работа с файлами, печать и т.п.).

К основным параметрам оптических рефлектометров, правильный выбор которых позволяет оптимизировать режим измерений, относятся:

- динамический диапазон;

- «мертвая» зона;

- разрешающая способность.

Рабочий динамический диапазон рефлектометра формируется разностью между собственным динамическим диапазоном потока обратного рассеяния (ПОР) и суммой двойного затухания измеряемой линии – затухание потока рэлеевского рассеяния, а также потерями изоляции при вводе зондирующего импульса в ОВ и выводе обратного излечения.

Потери при вводе и выводе излучения в ОВ в среднем составляют 6…10 дБ, затухание рэлеевского рассеяния – 40 дБ. Собственный динамический диапазон рефлектометра равен 80…90 дБ. Следовательно, рабочий динамический диапазон затухания составляет

.

Можно специальными приемами увеличить диапазон измеряемого затухания ВОЛС рефлектометром до 15…30 дБ. Но при этом нужно использовать сложные зондирующие сигналы или проводить дискретизацию и накопление сигналов ПОР. Это приводит к возрастанию времени измерения до нескольких минут.

Разрешающая способность определяется пределами измерения затухания (динамического диапазона) и длины измеряемого кабеля.

Важным параметром является мертвая зона. Существует два значения этого параметра: мертвая зона до первого соединения определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения двух соединителей и, в то же время, мертвая зона до первого сварочного узла определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения одного отражающего узла и одного неотражающего.

Рассеянный световой импульс, распространяющийся по ОВ, затухает по экспоненциальному закону

,

где – коэффициент затухания, определяемый поглощением;

– коэффициент затухания, определяемый рассеиванием света;

z – расстояние точки измерения от начала ОВ;

Р₀ – начальный уровень сигнала.

Начальный уровень сигнала определяется величиной отражения от переднего торца ОВ, а на экране осциллографа регистрируются зависимости интенсивности потока обратного рассеяния ПОР от расстояния вдоль волокна. На рисунке 9 приведены типичные формы осциллограмм потока обратного рассеяния.

Кривые: а – идеальное ОВ, б – реальное ОВ.

Рисунок 9 – Типичные формы осциллограмм обратного рассеяния

Зависимость а соответствует идеальному световоду и характеризуется плавным уменьшением интенсивности ПОР. Линия б имеет вид, характерный для нерегулярных (неоднородных) световодов. На однородных участках интенсивность уменьшается по экспоненте (кривая 1). Скачки 2 вызываются дефектами в световоде или в месте его сварки и разъеме ОК. Скачки затухания пропорциональны потерям в данной точке ОВ. Локальные инородные примеси в ОВ или пузырьки воздуха вызывают отражения, ПОР которых имеет вид выбросов 3. Конец световода характеризуется отраженным сигналом в форме 4. Для хорошо преломляющих поверхностей коэффициент отражения равен 0,04, а для неровных и загрязненных граничных поверхностей он уменьшается до 10^–4. При несогласованных разъемах или сращивании ОВ форма сигнала отражения и затухания имеет вид импульса 5. При сварке ОВ с разными ПОР появляется скачок 6, который может быть положительным в случае большей величины обратного рассеяния на втором отрезке ОВ по сравнению с первым. На однородных участках ОВ вид кривой ПОР представляет собой спадающую экспоненту. Скачок затухания пропорционален вносимым потерям в данной точке ОВ. Неоднородности по длине ОВ вызывают отражения, которые имеют вид выбросов.

Инструментальные погрешности метода обратного рассеяния определяются погрешностью отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (±0,1…0,3 дБ), а также погрешностями значений текущих координат ОВ z₁ и z₂. В некоторых приборах с целью уменьшения погрешностей определение расстояний осуществляется в цифровой форме с помощью встроенных в прибор специализированных микропроцессоров.

Рефлектограмма идеального ОВ, дБ

,

где Р₀ – мощность светового потока в начале волокна, дБ;

;

;

z измеряется в км.